KR100578739B1 - 미세 먼지 측정장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 대기 중에 부유된 미세먼지의 샘플링과 측정을 동일한 지점에서 실시하여 필터의 이동으로 인한 측정오차를 줄일 수 있는 미세 먼지 측정장치에 관한 것이다.
본 발명에 따른 미세 먼지 측정장치는 미세 먼지가 쌓인 필터에 베타(β)선을 조사하여 베타선의 감쇠정도를 측정하여 공기중에 포함된 미세 먼지의 오염정도를 측정하는 미세 먼지 측정장치에 있어서, 내부가 중공부로 형성되고, 상부와 하부에 흡기구와 배출구 구비되는 프레임; 중앙에 중공부가 형성되고 프레임 내부의 상부에 구비되는 광원 장착부; 프레임의 일측에 고정되는 모터와 회전축으로 연결되고 상기 광원 장착부의 중공부에서 선회가능하도록 구비되어 광원 장착부의 중공부를 개폐하고, 베타선이 조사되는 광원; 상기 광원의 하부에 위치하여 광원에서 조사된 베타선의 양을 측정하는 감지부 및 상기 프레임의 외측에 각각 구비되고, 일측은 두루마리 형태의 필터가 장착되고, 타측은 프레임을 관통한 필터의 단부가 고정되고 구동수단에 구비되는 스풀이 구비된다.
미세 먼지, 베타선, 필터, 광원, 스풀, 공기 오염

Description

미세 먼지 측정장치{Suspended particulates measuring apparatus}
도1은 본 발명에 따른 미세 먼지 자동 측정장치의 단면도.
도2는 본 발명에 따른 미세 먼지 자동 측정장치의 평면도.
도3은 종래 기술에 따른 미세 먼지 자동 측정장치의 개념도.
※ 도면의 주요 부호에 대한 설명 ※
11 : 프레임 12 : 흡기구
13 : 배출구 14 : 광원
15 : 광원 장착부 16 : 광원 개폐 수단
17 : 스텝모터 18 : 회전축
19 : 감지부 21 : 필터
22 : 스풀 23 : 롤러
24 : 필터 고정부 25 : 필터 고정부 승강수단
26 : 스프링 51 : 프레임
52 : 흡기구 53 : 배출구
54 : 필터 55 : 광원
56 : 감지부 57 : 프리앰프
58 : 판별기 59 : 증폭기
60 : 스풀 61 : 롤러
본 발명은 공기 중에 부유된 미세 먼지를 측정하는 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 동일한 지점에서 샘플링하여 측정하도록 하여 보다 정확하게 공기중의 부유 물질을 측정하는 미세 먼지 측정장치에 관한 것이다.
에너지 사용량의 증가와 자동차의 급격한 증가 등으로 황산염 입자, 매연과 같은 미세입자에 의한 대기오염이 증가하면서 인체에 미치는 영향에 대한 관리의 필요성이 부각되고 있다. 특히, 대기 중의 부유 먼지 중에서 입자의 직경이 10㎛ 이하의 미세먼지는 대기환경 기준에 의해서 상시 감시항목으로 지정되어 관리되고 있으면, 국가대기오명측정망의 측정기준항목으로 지정 운용되고 있다.
대기 중에 부유된 미세 먼지를 측정하기 위한 방법은 전통적인 중력에 의한 측정, 광학적인 산란을 이용한 측정, 베타(β)선 감쇠원리를 이용한 방법 등이 있으며, 이중에서도 연속측정이 가능하고 채취된 미세 먼지의 화학전 성질의 영향을 적게 받으며 비교적 정확한 측정이 가능한 베타선 감쇠원리를 이용한 측정방법이 선호되고 있으며, 광원에서 조사된 베타선이 필터의 미세 먼지층을 통과하면서 감 쇠된 후 감지부에 도달하는 베타선의 양을 측정하여 공기의 오염정도를 측정하기 위해 베타선 감쇠원리를 이용한 미세 먼지 측정장치가 제시되었다.
종래의 베타선 감쇠원리를 이용한 미세 먼지 측정장치의 구성을 간단히 살펴보면, 미세먼지의 샘플링을 위한 샘플링부와 미세먼지의 농도를 측정하는 측정부가 각각 위치하며, 상기 샘플림부와 측정부를 롤형태의 필터(54)가 통과하도록 양측에 스풀(60)과 롤러(61)이 구비된다.
샘플링부는 프레임(51)의 상부에 먼지가 포함된 공기를 흡입하는 흡기구(52)가 구비되며, 하부에는 공기를 흡입할 수 있도록 진공펌프(미도시)와 연결된 배출구(53)가 구비된다. 프레임(51)의 내부에서 흡기구(52)의 하단과 배출구(53)의 상단은 미세한 간격을 두고 맞닿게 되고, 이 사이를 롤 형태의 필터(54)가 통과하게 된다.
측정부는 샘플링부에서 샘플링이 완료된 필터(54)가 이송되면, 미세먼지가 집진된 필터(54)에 광원(55)에서 베타선을 조사하여 감지부(56)에 도달하는 베타선의 양을 측정하고, 측정된 베타선의 양을 프리앰프(57), 판별기(58), 증폭기(59) 등을 거쳐서 오염정도를 수치화시켰다.
그러나, 상기와 같은 종래의 미세 먼지 측정장치는 대기에 포함된 미세먼지를 집진시킨 필터(53)를 샘플링부에서 채취하여 측정부로 이송시켜 측정하기 때문에 필터(53)의 이동으로 인하여 집진된 먼지가 흩어지거나, 이송된 필터(53)가 측정부에서 정확하게 안착되지 못하는 등의 현상이 발생하여 측정에 오차가 발생한다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 발명된 것으로서, 샘플링과 측정을 동일한 지점에서 실시하여 필터의 이동으로 인한 측정오차를 줄일 수 있고, 대기 중에 분포하는 단위체적당의 분진의 질량농도를 연속적으로 측정할 수 있는 미세먼지 측정장치를 제공하는데 목적이 있다.
상기와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위해 본 발명의 미세 먼지 측정장치는 미세 먼지가 쌓인 필터에 베타(β)선을 조사하여 베타선의 감쇠정도를 측정하여 공기 중의 미세먼지 농도를 측정하는 미세 먼지 측정장치에 있어서, 내부가 중공부로 형성되고, 상부와 하부에 흡기구와 배출구 구비되는 프레임; 중앙에 중공부가 형성되고 프레임 내부의 상부에 구비되는 광원 장착부; 프레임의 일측에 고정되는 모터와 회전축으로 연결되고 상기 광원 장착부의 중공부에서 선회가능하도록 구비되어 광원 장착부의 중공부를 개폐하고, 베타선이 조사되는 광원; 상기 광원의 하부에 위치하여 광원에서 조사된 베타선의 양을 측정하는 감지부 및 상기 프레임의 외측에 각각 구비되고, 일측은 두루마리 형태의 필터가 장착되고, 타측은 프레임을 관통한 필터의 단부가 고정되고 구동수단에 구비되는 스풀이 구비된다.
상기 프레임 내부의 하부에는 상부면이 평면이고, 중앙에 중공부가 형성되어 상기 감지부를 수용하며, 하부면이 평면으로 형성된 광원 장착부와 소정의 간격으로 프레임에 승강가능하게 장착되어 프레임의 내부로 유입된 필터를 고정시키는 필 터 고정부가 더 구비되는 것을 특징으로 한다.
이하 첨부된 도면을 이용하여 본 발명의 미세 먼지 측정장치의 구성에 대하여 설명하면 다음과 같다.
본 발명의 미세 먼지 측정장치는 프레임(11)의 내부에서 필터(21)가 이송되도록 하고, 상기 필터(21)의 상부에 선회가능한 광원(14)에 조사된 조사된 베타선을 필터(21) 하부의 감지부(19)에서 감지하여 미세 먼지의 양을 측정하도록 한다.
프레임(11)은 본 발명의 미세 먼지 측정장치의 다른 구성요소가 결합 또는 수용되도록, 소정의 크기로 형성된다.
흡기구(12)는 프레임(11)의 상부에 구비되어, 측정하려는 공기가 유입되는 통로 역할을 한다. 흡기구(12)는 미세 먼지의 집신시 미세 먼지가 고르게 분포될 수 있도록 직관(直管)으로 이루어지는 것이 바람직하다.
배출구(13)는 프레임(11)의 하부에 구비되되, 흡기구(12)의 하단과 배출구(13)의 상단이 동일한 축선상에 위치하도록 한다. 배출구(13)는 하단이 유량조절장치(미도시) 및 진공펌프(미도시)에 연결되어 있어서, 진공펌프가 작동하면 부압에 의해서 흡기구(12)를 통하여 먼지가 포함된 공기가 유입되고, 유입되는 유량을 유량조절장치를 이용하여 제어한다.
광원(14)은 흡기구(12)의 하단에 인접하여 구비된다. 광원(14)은 흡기구(12)의 내경보다 큰 내경을 갖는 광원 장착부(15) 내에 장착된다. 광원 장착부(15)는 블록의 형태로 형성되어 중간에 상하로 관통하는 중공부가 형성되고, 상기 중공부에 광원(14)이 장착된다.
광원(14)은 광원 장착부(15)의 일측에 고정된다. 베타선을 발생시키는 광원(14)은 상기 광원 장착부(15)의 중공부에 선회가능하게 구비되어, 광원(14)의 선회에 따라 광원 장착부(15)의 중공부를 개폐하게된다.
광원개폐수단(16)은 모터(17)와 회전축(18)으로 이루어지고, 프레임(11)의 일측에 구비된다. 모터(17)에 연결된 회전축(18)을 연장하여 회전축(18)의 단부에 광원(14)을 결합시킨다. 따라서, 모터(17)의 회전에 따라서 광원(14)이 회전축(18)을 중심으로 선회하게 된다. 광원개폐수단(16)은 미세하게 각도조절이 용이한 스텝모터를 사용하는 것이 바람직하다. 스텝모터를 사용하면, 입력되는 펄스만큼 회전하기 때문에 회전시키려는 각도만큼 제어하기가 용이해진다.
감지부(19)는 상기 광원 장착부(15)의 하단 바로 아래에 위치한다. 감지부(19)는 통상의 베타선을 감지할 수 있는 센서, 디텍터(detector) 등을 이용한다.
프레임(11)의 외부에는 두루마리 형태의 필터(21)를 이송시키기 위한 필터이송장치가 제공된다. 본 발명의 미세 먼지 측정장치에는 연속적으로 미세 먼지를 측정할 수 있도록 필터(21)를 두루마리 형태로 제공하고, 상기 필터(21)를 일방향으로 이송시켜 샘플링과 측정을 연속적으로 실시하도록 한다.
프레임(11)의 외부 양측으로 스풀(22)를 구비하고, 상기 일측의 스풀(22)에는 두루마리 형태로 권취된 필터(21)를 고정시키고, 타측의 스풀(22)는 모터와 같 은 구동수단(미도시)과 연결시키고 일측 스풀(22)에 장착된 필터(21)의 단부를 프레임(11) 내부를 관통시켜 고정시킨다.
필터의 원활한 이송을 위하여 스풀(22)과 프레임(11) 사이에는 롤러(23)를 구비하여, 필터(21)가 롤러(23)를 통하여 프레임(11)의 내부로 진입하거나, 프레임(11)을 통과한 필터(21)가 롤러(23)를 거쳐서 타측 스풀(22)에 권취되도록 한다.
한편, 프레임(11)의 내부에는 필터(21)의 샘플링시 유입되는 공기가 유출되지 않고, 필터(21)의 이동을 방지하기 위한 필터 고정부(24)가 구비된다. 필터 고정부(24)는 상부면이 평면이고 중공부가 구비된 블록형태로 형성되어 프레임(11) 내부에 수용된 광원 장착부(15)의 하부에 구비된다. 필터 고정부(24)의 상부면은 광원 장착부(15)의 하부면과 소정의 간극을 가지도록 위치하되, 프레임(11)에 상하로 신축가능한 필터 고정부 승강수단(25)을 다수 구비하여 필터(21)로 미세 먼지를 집진하는 샘플링시에는 필터 고정부(24)를 상승시켜 광원 장착부(15)의 하부면과 필터 고정부(24)의 상부면이 맞닿도록 하고, 필터(21)의 이송시에는 필터 고정부(24)를 하강시켜 광원 장착부(15)의 하부면과 필터 고정부(24)의 상부면에 간극을 부여하여 필터(21)의 이송을 원활하게 한다. 필터 고정부(24)의 중공부에 상기 감지부(19)가 위치하도록 한다.
필터 고정부 승강수단(25)은 모터에 연결되어 회전에 의해 필터 고정부(24)를 승강시킬 수 있는 스크류나 유압에 의해서 신축가능한 실린더 등이 사용될 수 있다. 필터 고정부 승강수단(25)에 인접하여 양단이 각각 프레임(11)과 필터 고정 부(24)에 연결된 스프링(26)을 구비하여 필터 고정부(24)의 승강이 안정되도록 할 수 있다.
상기와 같은 구성을 갖는 본 발명의 미세 먼지 측정장치의 작용은 다음과 같다.
구동장치에 연결된 스풀(22)이 작동하면, 필터(21)가 이송된다. 이때, 광원(14)은 광원개폐수단(16)에 의해서 흡기구(12)의 축선과 동일한 방향으로 개방된 상태이고, 프레임(11) 내부에는 필터 고정부(24)는 필터 고정부 승강수단(25)에 의해서 하강된 상태이다.
필터(21)가 적정하게 이송되면, 필터 고정부 승강수단(25)이 필터 고정부(24)를 상승시켜 광원 장착부(15)와 필터 고정부(24)가 맞닿게 되어, 필터(21)가 좌우로 이동되지 못하고 고정된 상태가 된다.
이 상태에서 진공펌프가 작동하면, 공기가 흡기구(12)를 통하여 유입된다. 흡기구(12)를 통하여 미세 먼지가 포함된 공기가 유입되면, 순수한 공기는 필터(21)를 통과하여 배출구(13)로 배출되지만, 미세 먼지는 필터(21)상에 쌓인다.
일정한 시간동안 공기를 유입하여 필터(21)상에 미세 먼지가 쌓이면, 진공펌프의 작동이 멈추어, 샘플링 단계가 끝나고, 공기에 포함된 미세 먼지의 양을 측정하는 측정단계가 수행된다.
광원개폐수단(16)의 스텝모터(17)가 구동하여 스텝모터(17)에 회전축(18)을 연결된 광원(14)이 선회하여, 흡기구(12)와 수직하도록 광원 장착부(15)의 하단을 폐쇄한 상태에서, 광원(14)에서 베타선을 조사되고, 이중 미세 먼지가 쌓인 필터(21)를 거쳐서 감지부(19)에 조사되고, 감지부(19)는 조사되는 베타선의 양에 따라 신호를 발생시킨다.
감지부(19)에서 발생되는 신호를 증폭하고 노이즈를 제거하여 측정값을 얻고, 이를 기준값과 비교함으로써, 공기의 오염 정도를 판단할 수 있다.
상기와 같이 샘플링과 측정이 완료된 후, 다음 측정시는 필터(21)를 다시 적정하게 이송시킨 후 샘플링과 측정과정은 반복하여 수행함으로써, 연속적으로 공기 중에 부유된 미세먼지의 오염농도를 측정할 수 있게된다.
상기와 같은 구성과 작용을 갖는 본 발명의 미세 먼지 측정장치는 동일한 지점에서 샘플링과 측정을 수행하도록 일체형 구조를 가지므로 필터의 이동에 의해서 발생하는 측정오차가 줄어들어 정확한 측정이 가능해진다.
또한, 필터를 자동으로 이송시켜 연속적으로 공기 중에 부유된 미세 먼지를 측정할 수 있다.

Claims (2)

  1. 미세 먼지가 쌓인 필터에 베타(β)선을 조사하여 베타선의 감쇠정도를 측정하여 공기 중의 미세먼지 농도를 측정하는 미세 먼지 측정장치에 있어서,
    내부가 중공부로 형성되고, 상부와 하부에 흡기구(12)와 배출구(13) 구비되는 프레임(11);
    중앙에 중공부가 형성되고 프레임(11) 내부의 상부에 구비되는 광원 장착부(15);
    프레임(11)의 일측에 고정되는 모터(17)와 회전축으로 연결되고 상기 광원 장착부(15)의 중공부에서 선회가능하도록 구비되어 광원 장착부(15)의 중공부를 개폐하고, 베타선이 조사되는 광원(14);
    상기 광원(14)의 하부에 위치하여 광원에서 조사된 베타선의 양을 측정하는 감지부(19) 및
    상기 프레임(11)의 외측에 각각 구비되고, 일측은 두루마리 형태의 필터(21)가 장착되고, 타측은 프레임(11)을 관통한 필터(21)의 단부가 고정되고 구동수단에 구비되는 스풀(22)이 구비되는 미세 먼지 측정장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 프레임(11) 내부의 하부에는 상부면이 평면이고, 중앙에 중공부가 형성 되어 상기 감지부를 수용하며, 하부면이 평면으로 형성된 광원 장착부(15)와 소정의 간격으로 프레임(11)에 승강가능하게 장착되어 프레임(11)의 내부로 유입된 필터(21)를 고정시키는 필터 고정부(24)가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 미세 먼지 측정장치.
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